Методы укрепления грунтов в дорожном строительстве. Укрепление грунтов цементом

Основание стройки - это массив грунта, что залегает под фундаментом, устойчиво воспринимает всю нагрузку строения на себя. Грунты, служащие основанием подразделяются на два вида: естественные, или природные и искусственные.

Устойчиво воспринимает всю нагрузку строения на себя.
Грунты, служащие основанием подразделяются на два вида: а) естественные, или природные, и б) искусственные.

Природное основание может само нести нагрузку всего строения.

Искусственное же основание - это упрочненный искусственным путем грунт для основания под фундамент. Подобный грунт сам по себе не имеет по стандартам несущей возможности.

Требования при строительстве, предъявляемые грунтам основания:

во-первых, грунтам основания противопоказано обладать равномерной сжимаемостью;

во-вторых, грунты должны обладать действительной способностью нести груз. Такие возможности определяются в процессе инженерно-геологических работ на ;

в-третьих, грунты должны быть без пучинистых качеств, при замерзании всякие такие грунты расширяются, при оттаивании же они уменьшаются, что приводит к нарушению правильной усадки строения и образованию деформативных трещин, зазоров;

в-четвертых, грунты должны обладать в себе способностью устоять против всяческих воздействий подземных вод, жидкостей.

Они имеют следующую строительную классификацию:

скальные - фактически не сжимаемые, совершенно не пучинистые, весьма водоустойчивые (лучшее основание). К примеру, Манхэттен в Нью-Йорке.
крупнообломочные , то есть кусочки скального типа (примерно 50 процентов с объемом свыше двух миллиметров): гравий и щебенка (достаточно неплохая основа);
пески - и чем объемнее частички, тем больше их возможности под строительство. Песок гравелистый (частички крупной величины) при нагрузках существенно уплотняются, они не проявляют пучинистость (достаточно хорошее основание). А мелкие, почти пылевидные частички при попадании влаги начинают пучиниться;
глинистые воспринимают на себя значительные нагрузки в сухом виде, однако в процессе увлажнения их несущая возможность существенно снижается, они становятся пучинистыми;
лессовидные , то есть макропористые, обычно обладают хорошей прочностью, однако в процессе увлажнения нередко дают существенные просадки, они могут использоваться при условии их укрепления;
насыпные - формируются при засыпании ям, мусорных свалок, каналов. Имеют непропорциональную сжимаемость (требуют упрочнения);
намывные - формируются в итоге очищения высохшей реки либо озера. Неплохое основание из грунта;
плывуны - формируются мелкими частичками песка, имеющего илистые смеси. Они не подходят для природного основания.

Методы укрепления:

во-первых, уплотнение . Обычная пневматическая трамбовка либо трамбовка специальными плитами, в некоторых случаях добавляется щебень. На больших площадях применяют катки;

во-вторых, устройство подушки . В случаях, когда укрепить грунт трудно, то слой ненадежного грунта снимается и заменяется более устойчивым (к примеру, песком или щебенкой). Толщина подобной подушки обычно составляет 10 и более сантиметров;

в-третьих, силикатизация - используется для мелкого пылеватообразного песка. В таких случаях в грунт следует нагнетать смеси жидкого стекла с различными химическими добавками. После того, как грунтзатвердеет, он приобретет неплохую несущую способность;
в-четвертых, цементизация , то есть подача под основание цементной смеси в жидком виде либо жидкой смеси цемента с песком;

в-пятых, обжиг , то есть термический метод, сжигание различных горючих материалов в глубинах скважин. Используется для лессовидных типов грунта. Таким образом, основание грунта будет надежным, если при строительстве будут соблюдаться все эти требования и условия.

Плотность несущего грунта под и имеет решающее значение для их безопасной и длительной . В нашей стране случаи, когда здания, сооружения и дороги возводятся на плотных материковых грунтах, не требующих дополнительного укрепления сравнительно редки, чаще всего необходимо провести ряд мероприятий по укреплению грунта, причем большинство из них имеют объем и конечную стоимость, сравнимую со всем последующим строительством.

Способов укрепления грунта, как естественного, так и искусственно насыпанного всего лишь три. Это:

Полная замена естественного грунта с низкой несущей способностью.
Физическое уплотнение естественных грунтов.
Укрепление с помощью дополнительных материалов

Полная замена естественного грунта с низкой несущей способностью может осуществляться двумя способами.

Первый: выемка грунта (обычно это мелкозернистые, пылевидные пески, водонасыщенные глеевые грунты на месте бывших болот) до материкового основания (обычно это или гравий) с последующей засыпкой котлована гравием, щебнем или заливкой сплошной бетонной плиты. Гравий и щебень уплотняются вибротрамбовками или тяжелой техникой, например - дорожными катками массой 10-15 тонн.

Второй: частая забивка свай в верхний слой непрочного грунта до материкового основания. В настоящее время применяются исключительно , хотя история знает и другие примеры, например на строительстве Санкт-Петербурга использовались дубовые сваи.

Укрепление грунтов с помощью дополнительных материалов стало возможным в последние годы, когда появился геотекстиль, более известный как нетканый синтетический материал. Он сочетает в себе несколько полезных свойств и образует на поверхности грунта прочную, не гниющую, водопроницаемую основу. С его помощью можно укреплять откосы насыпей или каналов, делать основание для пешеходных дорожек и даже автомагистралей. Его применяют как самостоятельно, так и в качестве финишного покрытия гравийной или щебневой подсыпки.

Физическое уплотнение насыпных и естественных грунтов проводится в любом случае для образования более плотной «подушки». Для такого процесса пригодны лишь материалы, имеющие структуру средней дискретности - гравий, щебень (песок с естественными камнями), в редких случаях используется . В зависимости от объема работ и величины фракций материала применяют как легкий инструмент (вибротрамбовки), так и тяжелую технику.

Под укреплением грунтов понимают комплекс мероприятий по повышению их механической прочности и водоустойчивости. Химическое укрепление грунтов является искусственным преобразованием грунтов путем химической обработки различными реагентами. При этом протекают реакции взаимодействия реагентов между собой и с компонентами грунта, обеспечивающие долговечность приобретенных им строительных свойств (прочности, водостойкости и др.).

Процесс укрепления грунтов включает ряд технологических операций (размельчение, перемешивание, дозирование вяжущих, увлажнение, приготовление растворов, инъектирование, уплотнение), обеспечивающих в результате активного воздействия на грунт связующих и других веществ высокую плотность, прочность и длительную устойчивость укрепленного грунта как в сухом, так и водонасыщенном состоянии.

При разработке методов укрепления грунтов основной задачей является получение нового строительного материала с заданными структурно-механическими свойствами.

Выбор метода укрепления грунта зависит от строительных или инженерных задач, определяющих соответствующую область применения укрепленного грунта: дорожное и аэродромное строительство; фундаментостроение; горное дело; гидротехническое строительство; охрана окружающей среды.

В дорожном строительстве связующие используют для укрепления грунта при устройстве оснований под дороги и при укреплении дорожных бровок.

Особенность автомобильных дорог и аэродромов состоит в их большой зависимости от климатических, грунтовых и гидрогеологических условий местности. Специфика строительства заключается в использовании огромного объема различных каменных материалов - песка, щебня и др. Для снижения стоимости дорожных и аэродромных одежд во многих районах вместо каменных материалов применяют местные грунты, отходы или попутные продукты промышленных предприятий. Как правило, использование таких материалов требует их укрепления с помощью связующих, например портландцемента, шлакопортландцемента, извести, жидкого стекла, битумов. В качестве компонентов дорожной одежды используют такие промышленные отходы, как топливные золы и шлаки, доменные и металлургические шлаки, шламы глиноземного производства и др.

При фундаментостроении химическое укрепление грунтов с помощью связующих решает следующие задачи:
строительство промышленных и гражданских сооружений на просадочных и набухающих грунтах, имеющих широкое распространение на территории РФ;
усиление фундаментов под существующими сооружениями (эта операция производится без перерыва в эксплуатации самого сооружения);
увеличение несущей способности свай и опор большого диаметра с последующим закреплением грунта ниже их забоя.

В горном деле закрепление грунтов используют при проходке горных выработок в сложных горно-геологических условиях вместо дорогостоящего крепления их с помощью строительных конструкций, а также при вскрытиии котлованов в водонасыщенных грунтах.

В гидротехническом строительстве путем укрепления грунта создают противофильтрационные завесы в аллювиальных грунтах для строительства на них высотных земляных и каменнонабросных плотин (например, в основании Асуанской плотины создан противофильтрационный экран из 2 млн м3 грунта).

Методами химического укрепления грунта осуществляют защиту бетонных фундаментов от вредного воздействия на них агрессивных грунтовых и производственных сточных вод. Для этого создаются противофильтрационные завесы с помощью нагнетания в грунты затвердевающих химических реагентов, а также введения специальных антикоррозионных добавок в грунт в процессе обратной засыпки.

Важное народно-хозяйственное значение приобрело укрепление грунтов в решении проблем охраны окружающей среды, особенно при строительстве и эксплуатации различных сооружений для хранения промышленных отходов и полупродуктов, представляющих опасность для природы и человека. Такие отходы и продукты могут быть тонкодисперсными и сухими, в этом случае одна из инженерных задач - предотвращение распространения их по местности за счет пыления. Если отходы представляют собой влажные суспензии (особенно, когда содержат водорастворимые соединения), то путем укрепления грунта может быть создан противофильтрационный экран, представляющий собой заслон для распространения вредных веществ при их фильтрации через грунт.

Грунты, которые могут быть укреплены, по гранулометрическому составу разделяют на две группы:
1. Крупнообломочные и мелкообломочные несвязанные грунты (горные породы) с включением значительного количества зернистых фракций, образующих и сохраняющих раздельно несущий зернистый каркас при максимальном уплотнении. Этот каркас обладает достаточной устойчивостью, обусловленной большим внутренним трением и хорошим сцеплением между частицами. Такие каркасные смеси могут быть эффективно омоноличены с приданием им высокой прочности, сдвигоустойчивости и водонепроницаемости путем введения вяжущих веществ (портландцемента, битума, извести или же сочетания каких-либо других веществ) и мелких фракций, заполняющих пустоты между крупными и прочными частицами (обычно зерна полевого шпата и кварца или обломки горных пород).
2. Суглинки и глины, т. е. связанные грунты, не обладающие зернистым несущим каркасом; промежуточное положение занимают супесчаные грунты. Эта группа грунтов характеризуется наличием связности, в ней отсутствует каркас из прочных и крупных частиц, но проявляется высокая физико-химическая и химическая активность.

Каждая из указанных групп в широком диапазоне может различаться по своему петрографическому, минералогическому, химическому составам и другим свойствам.

Выделяют два основных направления в технологии химического закрепления грунтов:
инъекционное укрепление, осуществляемое путем нагнетания в грунт с помощью инъекторов или в скважины химических и цементационных растворов (смолизация, силикатизация, цементация). При этом реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунт в условиях его естественного залегания (без нарушения | структуры грунта) путем нагнетания под давлением;
буросмесительное укрепление, включающее разработку и перемешивание грунта с цементом или цементными, а также цементно-песчаными, цементно-глинистыми растворами в скважинах. При таком способе закрепления нарушается природная структура грунта в результате его механического перемешивания с цементом или другими связующими с добавками. Перемешивание грунта со связующим производят с помощью специальных механизмов.

Инъекционное укрепление применяют для грунтов, характеризующихся определенной водопроницаемостью (песчаные, ; крупнообломочные, трещиноватые скальные и др.). Химическое укрепление грунтов инъекцией при высоком содержании в грун- I те нефтепродуктов, высокой засоленности, а также при скоростях фильтрации грунтовых вод выше 5 м/сут невозможно.

Буросмесительное укрепление применимо для всех нескаль- . ных грунтов, включая глинистые, независимо от их водопроницаемости.

Иногда различают также:
поверхностное укрепление - введение неорганических (цемент, известь и др.) и органических (битум, деготь) вяжущих, синтетических высокомолекулярных смол, комплексное укрепление вяжущими и другими реагентами;
глубинное укрепление - введение неорганических вяжущих или растворов, синтетических высокомолекулярных смол, ииъ-ектирование глинистых и цементных суспензий, химических растворов или золей малой вязкости, замораживание, термическое укрепление;
придание водонепроницаемости и газонепроницаемости - введение неорганических или органических веществ и растворов, комплексные методы.

Существующие методы укрепления грунта с позиций применения различных связующих можно подразделить на несколько классов:
1. Укрепление грунтов портландцементом или его аналогами (белитовый, спекательный шламы и т. д.).
2. Укрепление грунтов известью.
3. Укрепление грунтов щелочно-силикатными растворами различного состава.
4. Укрепление грунтов кислотами и солями различного состава.
5. Укрепление грунтов отходами нефтехимического производства (битумами, битумными эмульсиями).
6. Укрепление грунтов синтетическими высокомолекулярными соединениями (фурфурольные и карбомидные смолы, ре-зорцинформальдегидные и кальциево-акрилатовые смолы, поливиниловый спирт и т. п.).
7. Смешанные методы -укрепление грунтов, например, растворами силиката натрия и серной кислоты, силикатно-органи-ческими растворами и т. д.

Укрепление грунтов при применении в качестве связующего композиций на основе растворов силиката натрия называют силикатизацией грунта, при использовании в качестве связующего карбамидных смол - смолизацией, а цементных растворов - цементацией грунта.

При укреплении грунтов различными вяжущими имеют место химические процессы, включающие: гидратацию цементных зерен, твердение продуктов гидратации и их новообразований, возникающих при химическом взаимодействии связующих с тонкодисперсной частью грунта; полимеризацию и поликонденсацию низкомолекулярных соединений; химическое взаимодействие с активными реагентами, входящими в состав твердеющей композиции.

Физико-химические процессы при укреплении грунтов включают обменное поглощение продуктов гидролиза и гидратации цементных минералов (например, Са(ОН)2) тонкодисперсной частью грунта или другими катионоактивными или анионоак-тивными веществами. При этом может также иметь место молекулярная адсорбция веществ из растворов на поверхности раздела фаз, коагуляция глинистых и коллоидных веществ, их микроагрегирование и цементирование.

В ходе укрепления грунта происходят измельчение грунтовых частиц и агрегатов, их гомогенизация с цементом, битумом, известью или другими вяжущими веществами и реагентами, увлажнение и уплотнение готовой грунтовой смеси с последующим длительным режимом влажного или иного режима твердения. Эти разнообразные сложные процессы находятся в тесной взаимосвязи, накладываются друг на друга во времени. Таким образом, при укреплении тонкодисперсных грунтов протекают физико-химические взаимодействия, приводящие к возникновению новообразований как за счет взаимодействия связующего с компонентами грунта, так и за счет собственного твердения связующего (образование цементного клея).

На выбор метода укрепления грунта влияют вид инженерной задачи, минералогический, гранулометрический, химический составы грунта, погодно-геологические условия, экономическая эффективность того или иного метода.

Наиболее распространен метод укрепления грунта с помощью портландцемента и шлакопортландцемента с добавками, регулирующими процесс твердения цементогрунта (хлористый кальций, известь, соли щелочных металлов, поверхностно-активные вещества). Основные процессы, происходящие при формировании цементогрунта, зависят от взаимодействия цемента с глинистыми частицами грунта. Это взаимодействие вызывается растворением кремнезема и глинозема из частиц глины и аморфного компонента в среде с высоким рН, образованной в результате выделения гидратирующимся цементом высокореактивного Са(ОН)2- Растворившиеся компоненты могут с ионами кальция образовывать дополнительный цементирующий материал, который скрепляет между собой частицы глины. Для цементации грунтов применяют цементные, цементно-песчаные, цементно-глинопесчаные и цемент-но-глинистые растворы. В ряде случаев требуется повышение проницаемости частиц цемента в грунт, для этого производят домол цемента (мокрый или сухой) или воздушное сепарирование крупных частиц.

Диспергированные цементы позволяют приготовить инъекционные растворы, обладающие лучшей проницаемостью в трещиноватые скальные породы. Для ускорения нарастания прочности суспензий добавляют СаС12 (0,5-3,0%), для повышения стабильности - бентонит (1-5%). Для кислых грунтов целесообразно введение небольших (0,6- 3,2%) добавок Са(ОН)2, что способствует увеличению прочности укрепляемого грунта.

Гумусовые перегнойные вещества, содержащиеся в грунте, отрицательно влияют на его упрочнение, их воздействие растет по мере увеличения кислотности, что связано с изменением количественного соотношения и качественного состава органических кислот и солей, входящих в гумусовые вещества. Действие гумусовых веществ на процессы структурообразования в цементогрунте может быть ослаблено небольшими добавками только извести или извести в сочетании с хлористым кальцием. При увлажнении смеси известь вступает в ионно-обменное взаимодействие с тонкодисперсной частью грунта и гумусовыми веществами, насыщая их ионами кальция. При этом создается щелочная среда, благоприятная для твердения гидратированных зерен цемента, а наличие в растворе катионов кальция приводит к образованию нерастворимых в воде гуматов кальция. В качестве компонента цементогрунта наряду с портландцементом в ряде случаев применяют отходы и попутные продукты местных химических и металлургических, а также топливных производств-топливные шлаки и золы-уноса, доменные шлаки, от ходы глиноземного производства (нефелиновые шламы и бокситовые шламы).

Для укрепления грунтов с повышенным содержанием гумуса, а также засоленных грунтов наиболее часто применяют композиции на основе портландцемента с добавками извести, соды, жидкого стекла, поташа, крем неорганических соединений, полимеров.

Выявлена перспективность использования синтетических полимерных соединений в качестве самостоятельных активных реагентов, обеспечивающих создание прочной и гидрофобной структуры укрепленных грунтов различного состава и генезиса.

Наиболее важными характеристиками полимеров, указывающими на их пригодность для укрепления грунтов, необходимо считать следующие:
малую вязкость, растворимость или эмульгируемость в воде (в мономерной или полимерной форме) на стадии введения полимера в грунт, перемешивания, увлажнения и уплотнения смеси;
нерастворимость в воде и несмачиваемость (гидрофобность) после завершения стадии затвердевания укрепленного грунта, при этом процессы отверждения смолы должны происходить в воздушной или водной среде в интервале температур от 0 до 35 °С;
способность избирательной адсорбции по отношению к гидрофильным глинистым минералам;
способность противостоять физическим и химическим воздействиям и биологическому разложению;
возможность производства работ по обработке грунта при повышенной его влажности в интервале температур от 0 до 35 °С.

Главными химическими процессами, происходящими при образовании высокомолекулярных соединений, являются полимеризация и поликонденсация. В качестве синтетических высокомолекулярных соединений применяют фурфурольные смолы, карбамидные смолы и др.

При химическом укреплении грунтов как неорганические, так и органические полимеры формируют цементирующие образования в укрепляемых грунтах в виде различной степени обводненных гелей, которые в природных условиях могут и не встречаться. Химическое укрепление грунтов, в отличие от их природной цементации, осуществляется практически мгновенно (в геологическом смысле) с достижением прочности на одноосное сжатие в лучшем случае не более 5 МПа, в то время как естественная цементация длится чрезвычайно долго с образованием осадочных пород более высокой прочности.

Полученное соединение переменного состава является цементирующим новообразованием в виде тонких пленок в пристенном слое капилляра.

Двухрастворный способ силикатизации грунтов применяется для укрепления маловлажных и водонасыщенных песков, прочность укрепления песков на одноосное сжатие достигает 2-4 МПа. Укрепленный песок приобретает полную водонепроницаемость, высокую морозостойкость, устойчивость к кислотам и растворам нейтральных и кислых солей, но малоустойчив в щелочных средах вследствие растворения щелочного цементирующего геля кремневой кислоты. Такой способ -один из самых дешевых, нетоксичен, требует несложного оборудования, но неприемлем для укрепления малопроницаемых грунтов из-за высокой вязкости натриевого силикатного раствора.

Сущность однорастворного способа силикатизации грунта состоит в нагнетании в закрепляемый грунт раствора силиката натрия, предварительно смешанного с химическими добавками, которые приводят в строго определенное время к образованию геля кремневой кислоты, цементирующей грунт.

Таким образом, в грунт нагнетают смесь раствора из силиката натрия и добавок отвердевающего реагента. В качестве коагулирующих (отверждающих) химических реагентов, используемых для отверждения раствора силиката натрия, применяют растворы кислот и кислых солей, а также органические отвер-дители. При этом возможно образование двух цементирующих гелей кремневой кислоты: щелочного и кислого.

На скорость образования геля влияет состав кислоты или кислой соли, степень нейтрализации геля, температура гелеоб-разования, образование и структура пленки гидратированной кремнекислоты на поверхности частиц.

Разработано большое количество составов щелочных и кислых гелеобразующих растворов, в которых в качестве отверди-теля используются слабые кислоты и растворы кислых солей с большой буферной емкостью - NaH2P04, NaHCC>3, NaHS04, (NH4)HC03, A12 3, (NH4)2S04.

Наибольшее распространение в строительстве получили алю-мосиликатная и кремнефтористо-силикатная рецептуры.

В последнее время разработаны процессы с использованием органических отвердителей, в частности сложных эфиров, в качестве отвердителей жидкостекольных связующих. Из сложных эфиров для отверждения силикатных растворов чаще всего используют самый доступный и дешевый уксусно-этиловый эфир СН3СООС2Н5 (этилацетат).

В сильно щелочной среде силикатного раствора идет реакция омыления этилацетата с образованием ацетата натрия и этилового спирта:

СН3СООС2Н5 + NaOH – CH3COONa + C2H5OH.

В результате нейтрализации щелочи в силикатном растворе происходит повышение силикатного модуля, приводящее к ге-леобразованию (гель Si02). Количество добавки этилацетата составляет около 6%.

Технология инъекционного укрепления грунта состоит в нагнетании под давлением в поры и пустоты грунтов (в их естественном залегании) отверждающихся и закрепляющих грунты химических реагентов в виде двух отдельно нагнетаемых растворов (двухрастворный способ), одного раствора (однораствориый однокомпонентный способ), одного раствора и газа (двухкомпо-нентные газовые способы), гелеобразующих смесей из двух компонентов (однорастворные двухкомпонентные способы).

Нагнетание закрепляющих реагентов в грунты осуществляют насосами под давлением сжатого воздуха, в основном по технологии с вертикальным и наклонным заглублением инъекторов сверху вниз. Инъекторы представляют собой внедряемые тем или иным способом в грунты специальные устройства, посредством которых осуществляется нагнетание закрепляющих компонентов в грунты под давлением.

При реконструкции зданий и строительстве новых сооружений часто возникает проблема слабого грунта. Такое основание может не выдержать нагрузок от постройки. В этой статье речь пойдёт о различных методах его укрепления.

Грунт - это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный - достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.

Механический метод

Подразумевает под собой внедрение отдельных высокопрочных изделий (свай) или материалов (грунт, щебень), а также уплотнение без изменения структуры (трамбовка/вибрирование).

Укрепление железобетонными сваями

Смысл заключается в том, что длинная свая проходит слой слабого грунта и упирается в более плотный. Нагрузка передаётся по свае вертикально. Также она удерживается за счёт трения грунта о поверхность сваи. По методу погружения сваи бывают набивные (забиваются в грунт с предварительным бурением или без), буронабивные (жидкий бетон заливается в обсадную трубу, погружённую в грунт) и сваи вдавливания (погружаются специальной машиной-домкратом). Метод требует применения громоздкого и дорогостоящего оборудования и большой стройплощадки.

Грунтовые сваи

В заранее пробуренное отверстие засыпается подготовленная смесь из гранулометрического заполнителя разных фракций. Трамбуется послойно. Эффект сравним с ж/б сваями, но гораздо дешевле и экологичнее.

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Используют при сравнительно небольшой требуемой толщине слоя заданных свойств. Производится трамбовка катками (кулачковыми и гладкими), виброплитами и прочим оборудованием с вибрацией или без. Пылеватые пески трамбуют с водой. Метод оптимален при строительстве аэродромов, дорог и других объектов большой площади. При невозможности применения метода слой слабого грунта извлекают и заменяют на более прочный.

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Применяют специальный шнековый бур с полой штангой, имеющей отверстия по длине. Через них подаётся цементный раствор одновременно с работой шнека, и происходит его перемешивание с грунтом. Метод сравнительно дешёвый и проверенный. Применяется в основном во влажных грунтах.

Струйная цементация

Отдельно стоит отметить современный подход к классике: струйную цементацию. Цементный раствор подаётся по трубе под очень высоким давлением, одновременно пробивая место для инъекции и смешиваясь с грунтом. Требует применения специальной техники.

Механическая и струйная цементация вполне применимы для усиления грунтов, на которых уже стоят здания, даже в стеснённых условиях. Для этого используют компактные установки для инъекций (так называемые «джет-сваи»). Их можно вводить как вертикально, так и под углом. Работы проводятся быстро, относительно бесшумно и подходят для городских улиц.

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

При строительстве сплошных покрытий применяют комбинированные методы укрепления грунтов. Из-за своей протяжённости по местности такие объекты могут охватывать значительные территории, и, соответственно, различный состав основания. Приведённые ниже способы всегда используют в сочетании с механическим укреплением.

Смешивание с природными гранулами

Изменение свойств при помощи добавления гранулометрического или иного заполнителя. В зависимости от состояния грунта для его стабилизации применяют разные природные материалы: щебень, гравий, песок, глину, суглинки. Метод сравнительно дешёвый и экологичный, не требует химических компонентов. Перемешивание происходит в специальном шнековом бункере.

Смешивание с минеральными вяжущими

Известкование - метод, известный с давних времён. Уменьшает пластичность и липкость глинистых грунтов, делает их более стойкими к размоканию. Из недостатков - низкая морозостойкость. Используют при подготовке основных (нижних) слоёв дорог.

Смешивание грунта с органическими вяжущими

По принципу не отличается от описанных выше. В качестве добавки используют различные смолы, битумы, дёгти твёрдые и жидкие эмульсии. Эффект и область применения также примерно совпадают. Из особенностей стоит отметить высокую стоимость органического материала (или его синтетического заменителя) и агрессивность этих компонентов по отношению к природной среде. Поэтому данный метод сегодня практически не применяют.

Из трёх описанных технологий на практике самостоятельно можно применить первые два. Легкодоступные и относительно недорогие компоненты и элементарная технология перемешивания делают их востребованными и сегодня. Вполне реально укрепить участок грунтовой дороги или придворовую территорию при помощи обычного мотокультиватора.

Осушение грунтов

Одним из основных факторов слабости грунтов является наличие в их составе воды. Удаление влаги из них приводит к значительному уплотнению и устранению текучести.

Термическое закрепление или обжиг

Эффективно для грунтов с содержанием глины. В пробуренную скважину погружается перфорированная труба из жаропрочной стали. Затем по ней подаются разогретые газы (горячий воздух). Лишняя влага испаряется, а в глине происходит эффект запекания. Особенность данного метода: для разогрева газов можно использовать местное топливо: уголь, дрова.

Химический метод - смешивание грунта с химрастворами

Самый распространённый из них - силикатирование (силикатизация). Очень «широкий» метод, заключается в добавлении в состав грунта жидкого стекла и его растворов. Его нагнетают по заранее проложенным трубам, которые затем извлекают. В результате такой подготовки грунт окаменевает. Недостатки - всё та же низкая морозостойкость, быстрое твердение материала, ограниченная область применения. В зависимости от состава самого грунта, подбирают и химреагенты раствора для работы.

Электрический метод

В этом случае используют явление электроосмоса. Происходит движение воды от «плюса» к «минусу». Эффективен для обезвоживания грунтов.

Электрохимический способ

Применение электроосмоса с добавлением химрастворов в заранее просчитанные области поля. Это делается для облегчения прохода воды сквозь слои и придания движению нужного направления. Энергоёмкий процесс, требующий значительных затрат элекроэнергии.

При достаточном уровне знаний и наличии необходимых элементов, электроосмос возможно собрать в домашних условиях. Подробные инструкции по сборке содержатся в технических справочниках. Электроосмос также применяют в качестве постоянного водоотвода фундаментов.

Армирование

При устройстве откосов, оформлении берегов и создании ландшафтов часто используют современный метод: армирование полимерными конструктивными элементами. Он эффективен как на ровных горизонтальных поверхностях (дороги, пешеходные дорожки), так и при наличии наклона.

Георешётка

Как правило, это трёхмерная конструкция, состоящая из полимерных перфорированных лент. Очень прочная сотовая конструкция позволяет удерживать движение во всех плоскостях. В соты просто засыпается любой мелкий заполнитель или местный грунт. Не требует трамбовки, уплотнение производится проливом воды. Толщина слоя 10–25 см.

Гоетекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения: дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Воспринимает растягивающие нагрузки. В грунтах применяется редко, используется в качестве арматуры тонкого слоя и в сочетании с другими полимерными материалами.

Засев травой

Декоративный способ укрепления откосов от осыпания (крутизна не более 1:1,5). Траву высевают на уплотнённые механическим способом незатапливаемые откосы. Предотвращает размывы и эрозию.

На приусадебном участке армировочным элементам цены нет. С их помощью становится возможным создание самых фантастических ландшафтных конструкций. Они также позволяют создавать (привозные) плодородные слои для растений.

Виталий Долбинов, рмнт.ру

http :// www . rmnt . ru / - сайт RMNT . ru

Данная технология изобретена ООО "АНТ-Инжиниринг" в 2006 году. На сегодняшний день на территории России и за ее пределами построено более 150 км автодорог различных категорий. Автомобильные дороги, построенные с применением технологии «ANT», эксплуатируются во всех климатических зонах: от пустыни до полярного круга.

Основным элементом технологии является препарат «Стабилизатор грунтов и органоминеральных смесей «ANT» (англ. - «муравей»). Применяется как самостоятельно при стабилизации грунта, так и совместно с неорганическими или органическими вяжущими при укреплении.

Принцип действия стабилизатора грунта «ANT»

Стабилизатор грунта «ANT» является российским продуктом и производится в г. Волжском, Волгоградской области. Является комплексным органическим препаратом. Его действие направлено на проведение в грунте окислительно-восстановительных реакций. Производит направленную окислительную реакцию путем воздействия молекулярным кислородом на поверхность частицы грунта, а также в цементе (в случае использования). Вследствие этого происходит образование новых окислов химических элементов, содержащихся в грунте. Затем, присоединенный ранее кислород отделяется, и происходит обратная восстановительная реакция, что приводит к образованию новых кристаллических соединений в грунте между его частицами.

Эта реакция полностью повторяет процессы образования осадочных пород в земной коре. Если бы мы имели возможность увеличить нагрузку при уплотнении обработанного грунта более чем в 5 раз, то мы бы смогли получить укрепленные грунты с маркой по прочности свыше М200. Но, к сожалению, современная техника и методика проведения дорожных работ не позволяет нам достичь данных результатов.

Кроме того, стабилизатор содержит в своем составе поверхностно-активные вещества, что позволяет достичь максимального коэффициента уплотнения грунта, а, следовательно, получение материала с меньшим наличием капилляров. Это позволяет значительно понизить водопоглощение стабилизированных и укрепленных грунтов.

5 основных преимуществ

1. Высокие физико-механические показатели.

Грунты, укреплённые с применением Стабилизатора "ANT", обладают высокими физико-механическими показателями и полностью соответствуют требованиям ГОСТ 23558-94 "Смеси щебёночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства".

К примеру, при строительстве автомобильных дорог V технической категории переходного типа достаточно устройство одного слоя из укреплённого грунта толщиной h= 15см. Данный конструктивный слой рассчитан на движение транспорта с нагрузкой на ось до 8ТС. Общий модуль упругости на поверхности данного слоя составит более 150МПа.

2. Малый расход, а также его низкая сметная стоимость.

Расход составляет 0,007% от массы грунта. При проведении дорожно-строительных работ требуется 1л на 7,5 м 3 будущего слоя. Для строительства 1 км автодороги IV– Vкатегории, т.е. устройства 6000м 2 слоя укрепленного грунта, толщиной 15см, расход стабилизатора составит 120 литров, сметная стоимость соответственно 312 000 рублей или 52 руб./м 2 .

3. Упрощение процессов стабилизации и укрепления грунтов.

А именно:

отсутствие ухода за укрепленными грунтами;
возможность возобновления движения автотранспорта сразу после уплотнения слоя;
отсутствие необходимости устройства деформационных швов.

4. Возможность использования Стабилизатора грунта «ANT» как самостоятельно, так и совместно с неорганическими и органическими вяжущими.

При использовании Стабилизатора совместно с цементом, прочностные свойства укрепленных грунтов повышаются более чем на 30% относительно контрольных образцов без него.

При применении совместно с битумными эмульсиями или вспененным битумом, происходит лучшее распределение вяжущего по всему объему грунта, повышение адгезии частиц вяжущего с грунтом и последующее повышение показателей физико-механических свойств укрепленных грунтов.

5. Полная экологическая безопасность.

Стабилизатор "ANT" не оказывает какого-либо отрицательного воздействия на окружающую среду и является 100% экологически безопасным. При проведении дорожно-строительных работ не требуется обеспечение технического персонала дополнительными средствами защиты.Также он не оказывает отрицательного воздействия на узлы машин и механизмов.

Область применения стабилизатора грунта «ANT»

устройство оснований автомобильных дорог I– V категории, нежесткого и жесткого типов;

покрытия дорог IV – V категории переходного типа;

стабилизация подошвы и рабочего слоя земляного полотна;

в качестве добавки при укреплении грунтов органическими или комплексными вяжущими.

Самостоятельно Стабилизатор «ANT» может применяться при стабилизации глинистых грунтов с числом пластичности от 1 до 17 (супеси, суглинки, глины). Стабилизированные грунты могут применяться для стабилизации подошвы или рабочего слоя земляного полотна, а также устройства нижних слоев оснований.

Для получения укрепленных грунтов необходимо добавление цемента в количестве 2%-5% от массы грунта. Норма расхода цемента зависит от типа грунта, климатической зоны и требуемых прочностных свойств укрепленного грунта. Для проведения работ возможно использование супесей, суглинков, песчано-гравийных смесей, слабопрочных каменных материалов, отходов дробления каменных материалов и бетона.

Использование Стабилизатора грунта «ANT», совместно с органическими или комплексными вяжущими, позволяет снизить расход вяжущих и увеличить прочностные характеристики укрепленных грунтов. Помимо происходящей окислительно-восстановительной реакции в грунте, Стабилизатор «ANT» позволит повысить адгезию битумного вяжущего с грунтом, а также равномерно распределить его по всему объему грунта.

Норма расхода

Требуемое количество Стабилизатора составляет 0,007% от массы грунта. При проведении дорожных работ за норму его расхода принимают 1л стабилизатора на 7,5 м 3 будущего конструктивного слоя.

Норма расхода стабилизатора грунта«ANT» на каждые 1000м 2 конструктивного слоя, в зависимости от толщины слоя

Стабилизатор грунта «ANT» используют в виде водного раствора. Требуемое количество воды рассчитывают, исходя из естественной влажности грунта и оптимальной при уплотнении. Также предусматривают поправку по количеству воды на климатические условия, тип грунта, количество используемого цемента и др. На практике, коэффициент растворения стабилизатора с водой колеблется от 1:250 до 1:1000.

Варианты проведения дорожно-строительных работ

Проведение дорожных работ возможно с использованием различных вариантов комплектации техники.

Самоходные ресайклеры. С их помощью в течении рабочей смены производят устройство конструктивного слоя из укрепленных грунтов, площадью свыше 5000 м 2 . Обработанную грунтосмесь приготавливают непосредственно на дороге, за один проход. Водный раствор дозируют в ротор, и его расход контролирует бортовой компьютер машины. Распределение цемента производят до прохода ресайклера.

При использовании техногенных грунтов возможно приготовление смеси на специализированных грунтосмесительных или бетоносмесительных установках. Укладку обработанного грунта производят с использованием асфальтоукладчика (наилучшие результаты в плане геометрии) или автогрейдера. Скорость производства работ зависит напрямую от производительности смесительных установок.

Приготовление обработанного грунта также производят с помощью сельскохозяйственных фрез и борон. Заглубление в грунт должно быть выше на 30%, чем расчетная толщина конструктивного слоя. Наилучшие результаты достигаются при использовании горизонтальных навесных фрез с приводом от вала отбора прочности трактора. На практике, скорость производства работ в смену составляет 1000м 2 и более.

о время реконструкции или строительства зданий часто возникает проблема слабого грунта. Узнаем о различных методах его укрепления грунта.

При реконструкции зданий и строительстве новых сооружений часто возникает проблема слабого грунта. Такое основание может не выдержать нагрузок от постройки. Сегодня в нашей статье речь пойдёт о различных методах его укрепления.

Укрепление грунта

Механический метод
- Грунтовые сваи
Цементация и инъекции
- Струйная цементация
Осушение грунтов
- Электрический метод
- Электрохимический способ
Армирование
- Георешётка
- Геотекстиль
- Геосетка
- Засев травой

Механический метод

Укрепление железобетонными сваями

Грунтовые сваи

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Струйная цементация

Механическая и струйная цементация вполне применимы для усиления грунтов, на которых уже стоят здания, даже в стеснённых условиях. Для этого используют компактные установки для инъекций (так называемые джет-сваи). Их можно вводить как вертикально, так и под углом. Работы проводятся быстро, относительно бесшумно и подходят для городских улиц.

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

Смешивание с природными гранулами

Смешивание с минеральными вяжущими

Смешивание грунта с органическими вяжущими

Осушение грунтов

Термическое закрепление или обжиг

Химический метод - смешивание грунта с химрастворами

Электрический метод

Схема установки для обезвоживания грунтов методом электроосмоса: 1 - скважина с вставленным в неё металлическим фильтром; 2 - глубинный насос; 3 - генератор постоянного тока; 4 - металлический стержень

Электрохимический способ

Армирование

Георешётка

Геотекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения геотекстиля: дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Засев травой

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .